Nghiên cứu nâng cao tỷ lệ nhiên liệu sinh học bio etanol sử dụng trên động cơ xăng

-i- LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là đề tài nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong các công trình nào khác! Hà Nội, tháng 7 năm 2014 Nghiên cứu sinh Phạm Hữu Truyền -ii- LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, Viện Sau đại học, Viện Cơ khí Động lực và Bộ môn Động cơ đốt trong đã cho phép tôi thực hiện luận án tại Trường Đại học Bách khoa Hà Nội. Xin cảm ơn Viện Đào tạo Sau đại học và Viện Cơ khí Động lực về sự hỗ trợ và giúp đỡ trong suốt quá trình tôi làm luận án. Tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TS Lê Anh Tuấn và TS Phạm Hữu Tuyến đã hướng dẫn tôi hết sức tận tình và chu đáo về mặt chuyên môn để tôi có thể thực hiện và hoàn thành luận án. Tôi xin chân thành biết ơn Quý thầy, cô Bộ môn và Phòng thí nghiệm Động cơ đốt trong - Trường Đại học Bách khoa Hà Nội luôn giúp đỡ và dành cho tôi những điều kiện hết sức thuận lợi để hoàn thành luận án này. Tôi xin cảm ơn Ban Giám hiệu trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Vinh, Ban chủ nhiệm Khoa Cơ khí động lực và các thầy cô trong Khoa đã hậu thuẫn và động viên tôi trong suốt quá trình nghiên cứu học tập. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến các thầy phản biện, các thầy trong hội đồng chấm luận án đã đồng ý đọc duyệt và góp các ý kiến quý báu để tôi có thể hoàn chỉnh luận án này và định hướng nghiên cứu trong trương lai. Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình và bạn bè, những người đã động viên khuyến khích tôi trong suốt thời gian tôi tham gia nghiên cứu và thực hiện công trình này. Nghiên cứu sinh Phạm Hữu Truyền -iii- MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT v DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU vi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ ix MỞ ĐẦU 1 i. Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài 2 ii. Phương pháp nghiên cứu 3 iii. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 3 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN 5 1.1. Tổng quan về nhiên liệu sinh học 5 1.2. Nhiên liệu etanol và xăng sinh học 6 1.2.1. Nhiên liệu etanol 6 1.2.2. Xăng sinh học 10 1.2.3. Tình hình sản xuất và sử dụng etanol 13 1.2.4. Các nghiên cứu ứng dụng xăng sinh học cho động cơ trên thế giới 18 1.2.5. Các nghiên cứu ứng dụng xăng sinh học cho động cơ ở Việt Nam 24 1.3. Vấn đề sử dụng xăng sinh học có tỷ lệ etanol lớn 26 1.4. Kết luận chương 1 27 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ TƯƠNG THÍCH CỦA ĐỘNG CƠ XĂNG TRUYỀN THỐNG KHI SỬ DỤNG XĂNG SINH HỌC 28 2.1. Quá trình cháy trong động cơ đốt cháy cưỡng bức 28 2.1.1. Quá trình cháy trong động cơ đốt cháy cưỡng bức 28 2.1.2. Đặc điểm quá trình cháy trong động cơ đốt cháy cưỡng bức sử dụng xăng sinh học 31 2.2. Cơ sở lý thuyết tính toán chu trình công tác động cơ sử dụng xăng sinh học 33 2.2.1. Trạng thái nhiệt động học 33 2.2.2. Lý thuyết tính toán quá trình cháy 34 2.2.3. Lý thuyết tính toán truyền nhiệt 39 2.2.4. Lý thuyết tính toán hàm lượng phát thải 41 2.2.5. Mô hình hỗn hợp nhiên liệu xăng và etanol E100 46 2.3. Phương pháp đánh giá tương thích của động cơ xăng truyền thống khi sử dụng xăng sinh học 47 2.3.1. Phương pháp đánh giá tương thích vật liệu 47 2.3.2. Phương pháp đánh giá tính năng động cơ ô tô 49 2.3.3. Phương pháp đánh giá độ bền và tuổi thọ động cơ 50 2.4. Kết luận chương 2 54 CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN MÔ PHỎNG ĐỘNG CƠ SỬ DỤNG XĂNG SINH HỌC CÓ TỶ LỆ ETANOL LỚN 55 3.1. Mục đích, đối tượng và phạm vi mô phỏng 55 3.2. Xây dựng mô hình mô phỏng động cơ 55 3.2.1. Giới thiệu về phần mềm AVL Boost 55 -iv- 3.2.2. Xây dựng mô hình và các thông số nhập cho mô hình 56 3.2.3. Các bước nghiên cứu trên mô hình mô phỏng 57 3.3. Kết quả tính toán mô phỏng 58 3.3.1. Đánh giá độ chính xác của mô hình 58 3.3.2. Động cơ xe máy 59 3.3.3. Động cơ ô tô xe Lanos 64 3.4. Giải pháp cải tiến động cơ xăng thông thường khi sử dụng xăng sinh học có tỷ lệ etanol lớn nhằm đảm bảo tính năng kỹ thuật 69 3.4.1. Giải pháp cải tiến động cơ sử dụng bộ chế hoà khí 69 3.4.2. Giải pháp cải tiến động cơ ô tô phun xăng điện tử 73 3.5. Kết luận chương 3 74 CHƯƠNG 4. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 75 4.1. Mục đích và phạm vi thử nghiệm 75 4.2. Nhiên liệu 75 4.3. Nghiên cứu đánh giá khả năng tương thích vật liệu 76 4.3.1. Trang thiết bị và đối tượng thử nghiệm 76 4.3.2. Kết quả đánh giá khả năng tương thích vật liệu đối với hệ thống nhiên liệu động cơ xe máy 77 4.3.3. Kết quả đánh giá khả năng tương thích vật liệu đối với hệ thống nhiên liệu động cơ ô tô 82 4.4. Nghiên cứu thực nghiệm trên băng thử 89 4.4.1. Phương pháp, quy trình đánh giá tính năng và độ bền 89 4.4.2. Trang thiết bị và đối tượng thử nghiệm 89 4.4.3. Kết quả đánh giá ảnh hưởng của xăng sinh học đến độ bền động cơ xe máy 92 4.4.4. Kết quả đánh giá ảnh hưởng của xăng sinh học đến động cơ ô tô 99 4.5. So sánh kết quả nghiên cứu mô phỏng với thực nghiệm 109 4.6. Kết luận chương 4 112 KẾT LUẬN CHUNG VÀ PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN 113 Kết luận chung 113 Phương hướng phát triển 114 TÀI LIỆU THAM KHẢO 115 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN 119 PHỤ LỤC 120 -v- DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Diễn giải Đơn vị E5 Xăng sinh học bao gồm 5% etanol và 95% xăng truyền thống - E10 Xăng sinh học bao gồm 10% etanol và 90% xăng truyền thống - E15 Xăng sinh học bao gồm 15% etanol và 85% xăng truyền thống - E20 Xăng sinh học bao gồm 20% etanol và 80% xăng truyền thống - E85 Xăng sinh học bao gồm 85% etanol và 15% xăng truyền thống - E100 Etanol gốc - CO Mônôxit cácbon - HC Hyđrô cácbon - NO x Ôxit nitơ - CO 2 Cácboníc - E-Diesel Hỗn hợp nhiên liệu diesel-etanol - SAE Hội kỹ sư ô tô thế giới - NLBT Nhiên liệu biến tính - TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam - NLSH Nhiên liệu sinh học - HDPE High Density Polyethylene (Nhựa polyethylene đặc biệt) - CD20” Chassis Dynamometer 20” (Băng thử xe máy) - CD48” Chassis Dynamometer 48” (Băng thử ô tô con và xe tải hạng nhẹ) - ECE R40 Chu trình thử châu Âu cho xe máy theo tiêu chuẩn Euro II - ECE15-05 Chu trình thử châu Âu cho xe con và xe tải hạng nhẹ - FC Tiêu thụ nhiên liệu (Fuel comsumption) l/100km AVL-Boost Phần mềm mô phỏng một chiều của hãng AVL (Áo) - ĐCT Điểm chết trên -  Hệ số dư lượng không khí - A/F Tỷ lệ không khí/nhiên liệu - CEBII Tủ phân tích khí thải - ETB High Dynamic Engine Testbed (Băng thử tính năng động lực học cao) - TCB Trước chạy bền - STB Sau chạy bền - Ne Công suất kW Me Mômen Nm g e Suất tiêu thụ nhiên liệu g/kW.h -vi- DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1. Tính chất của etanol [1] 7 Bảng 1.2. Quy chuẩn về etanol nhiên liệu biến tính dùng để pha xăng không chì [3] 7 Bảng 1.3. Tính chất lý hóa của xăng sinh học [18] 10 Bảng 1.4. Những cải tiến cần thiết khi sử dụng xăng sinh học [36]. 22 Bảng 2.1. Hệ số của phương trình trao đổi nhiệt tại cửa nạp và thải 41 Bảng 2.2. Chuỗi phản ứng hình thành NO x 45 Bảng 2.3. Các hằng số đa thức 46 Bảng 2.4. Bảng tiến trình đo 49 Bảng 2.5. Các điểm thử nghiệm tại các tay số IV và V của ô tô 49 Bảng 3.1. Thông số kỹ thuật của động cơ 56 Bảng 3.2. Các thông số cơ bản của mô hình 57 Bảng 3.3. Thời gian cháy trễ và thời gian cháy nhanh của các loại nhiên liệu 60 Bảng 3.4. Công suất động cơ khi chạy các loại nhiên liệu khác nhau (kW) 61 Bảng 3.5. Nồng độ CO khi sử dụng các loại nhiên liệu theo tốc độ động cơ (ppm) 62 Bảng 3.6. Nồng độ HC khi sử dụng các loại nhiên liệu theo tốc độ động cơ (ppm) 63 Bảng 3.7. Nồng độ NO x khi sử dụng các loại nhiên liệu theo tốc độ động cơ (ppm) 63 Bảng 3.8. Mức độ thay đổi công suất động cơ khi sử dụng xăng pha cồn với tỷ lệ cồn trên 10% trường hợp giữ nguyên hệ số dư lượng không khí lambda 66 Bảng 3.9. Mức độ thay đổi suất tiêu thụ nhiên liệu động cơ khi sử dụng xăng pha cồn với tỷ lệ cồn trên 10% trường hợp giữ nguyên hệ số dư lượng không khí lambda 67 Bảng 3.10. Mức độ thay đổi phát thải CO động cơ khi sử dụng xăng pha cồn với tỷ lệ cồn trên 10% trường hợp giữ nguyên hệ số dư lượng không khí lambda 67 Bảng 3.11. Mức độ thay đổi phát thải HC động cơ khi sử dụng xăng pha cồn với tỷ lệ cồn trên 10% trường hợp giữ nguyên hệ số dư lượng không khí lambda 68 Bảng 3.12. Mức độ thay đổi phát thải NOx động cơ khi sử dụng xăng pha cồn với tỷ lệ cồn trên 10% trường hợp giữ nguyên hệ số dư lượng không khí lambda 69 Bảng 3.13. Lượng nhiên liệu cần dùng để công suất động cơ xe máy không đổi khi tăng tỉ lệ etanol trong nhiên liệu (g/chu trình) 70 Bảng 3.14. Sự thay đổi đường kính lỗ gic-lơ để công suất động cơ xe máy không đổi 71 Bảng 4.1. Chỉ tiêu chất lượng của xăng RON92 75 Bảng 4.2. Tính chất nhiên liệu của xăng sinh học E10, E15 và E20 75 Bảng 4.3. Hình ảnh chụp giclơ nhiên liệu chính trước và sau 2000h ngâm 77 Bảng 4.4. Hình ảnh chụp bề mặt lỗ giclơ chính (vật liệu đồng) trên kính hiển vi điện tử với độ phóng đại 2000 lần 77 Bảng 4.5. Hình vít điều chỉnh lượng không khí ở chế độ chạy không tải và vít xả xăng 78 Bảng 4.6. Hình ảnh ngoại quan của kim ba cạnh trước và sau khi ngâm 78 Bảng 4.7. Hình ảnh ngoại quan và hình ảnh chụp trên kính hiển vi điện tử (phóng đại 500 lần) bề mặt chi tiết lọc tinh nhiên liệu 79 Bảng 4.8. Hình ảnh ngoại quan của vỏ nhựa lọc tinh trước và sau 2000h ngâm trong các dung dịch khác nhau 79 Bảng 4.9. Kết quả phân tích nhiên liệu trước khi ngâm chi tiết 80 Bảng 4.10. Kết quả phân tích nhiên liệu RON92 sau khi ngâm chi tiết 81 Bảng 4.11. Kết quả phân tích nhiên liệu E10 sau khi ngâm chi tiết 81 Bảng 4.12. Kết quả phân tích nhiên liệu E15 sau khi ngâm chi tiết 81 -vii- Bảng 4.13. Kết quả phân tích nhiên liệu E20 sau khi ngâm chi tiết 81 Bảng 4.14. Thay đổi của nhiên liệu trước và sau ngâm chi tiết kim loại 82 Bảng 4.15. Thay đổi của nhiên liệu trước và sau ngâm chi tiết phi kim 82 Bảng 4.16. Hình ảnh ngoại quan và hình ảnh chụp trên kính hiển vi điện tử giclơ nhiên liệu chính82 Bảng 4.17. Hình ảnh ngoại quan kết quả ngâm van điện từ cắt nhiên liệu (làm bằng đồng hợp kim) 83 Bảng 4.18. Kết quả phân tích nhiên liệu trước khi ngâm chi tiết 87 Bảng 4.19. Kết quả phân tích nhiên liệu RON92 sau khi ngâm chi tiết 87 Bảng 4.20. Kết quả phân tích nhiên liệu E10 sau khi ngâm chi tiết 88 Bảng 4.21. Kết quả phân tích nhiên liệu E15 sau khi ngâm chi tiết 88 Bảng 4.22. Kết quả phân tích nhiên liệu E20 sau khi ngâm chi tiết 88 Bảng 4.23. Thay đổi của nhiên liệu trước và sau ngâm chi tiết kim loại 88 Bảng 4.24. Thay đổi của nhiên liệu trước và sau ngâm chi tiết phi kim 88 Bảng 4.25. Thông số kỹ thuật xe Daewoo Lanos 90 Bảng 4.26. Thông số kỹ thuật xe Toyota Corolla 91 Bảng 4.27. Thông số kỹ thuật của động cơ thử nghiệm 91 Bảng 4.28. Đường kính xilanh của động cơ xe máy chạy xăng RON92 đo trước và sau khi chạy thử nghiệm 20.000 km 92 Bảng 4.29. Đường kính xilanh của động cơ xe chạy xăng sinh học E10 đo trước và sau khi chạy thử nghiệm 20.000 km 92 Bảng 4.30. Đường kính piston của động cơ xe máy chạy xăng RON92 đo trước và sau khi chạy thử nghiệm 20.000 km 93 Bảng 4.31. Đường kính piston của động cơ xe máy chạy xăng sinh học E10 đo trước và sau khi chạy thử nghiệm 20.000 km 93 Bảng 4.32. Kết quả đo công suất xe máy trước và sau khi chạy bền ở tay số III và tay số IV với RON92. 94 Bảng 4.33. Kết quả đo công suất xe máy trước và sau khi chạy bền ở tay số III và tay số IV với E10. 94 Bảng 4.34. Kết quả đo suất tiêu thụ nhiên liệu xe máy trước và sau khi chạy bền ở tay số III và tay số IV với RON92. 95 Bảng 4.35. Kết quả đo suất tiêu thụ nhiên liệu xe máy trước và sau khi chạy bền ở tay số III và tay số IV với E10. 95 Bảng 4.36. Áp suất nén đo trước và sau khi chạy bền 96 Bảng 4.37. Kết quả thử nghiệm theo chu trình thử ECE R40 trước và sau khi chạy bền của 2 xe Honda SuperDream với 2 loại nhiên liệu RON 92 và xăng sinh học E10 97 Bảng 4.38. Kết quả phân tích dầu bôi trơn khi xe chạy bằng E10 98 Bảng 4.39. Kết quả phân tích dầu bôi trơn khi xe chạy bằng RON92 98 Bảng 4.40. Kết quả đo công suất xe Lanos tại tay số IV 99 Bảng 4.41. Thay đổi công suất xe Lanos ở tay số V 100 Bảng 4.42. Phát thải xe Lanos tại tay số V 101 Bảng 4.43. Phát thải xe Lanos khi chạy với các loại nhiên liệu theo chu trình thử ECE1505 101 Bảng 4.44. Kết quả đo công suất xe Corrola tại tay số IV 103 Bảng 4.45. Kết quả đo công suất xe Corrola tại tay số V 103 Bảng 4.46. Phát thải xe Corolla khi chạy với các loại nhiên liệu theo chu trình thử ECE1505 104 Bảng 4.47. Kết quả phân tích dầu trước và sau chạy bền 108 Bảng 4.48. Thay đổi công suất giữa mô phỏng và thực nghiệm khi sử dụng các loại nhiên liệu 109 -viii- Bảng 4.49. Thay đổi suất tiêu thụ nhiên liệu giữa mô phỏng và thực nghiệm khi sử dụng các loại nhiên liệu 109 Bảng 4.50. Thay đổi phát thải CO giữa mô phỏng và thực nghiệm khi sử dụng các loại nhiên liệu 110 Bảng 4.51. Thay đổi phát thải HC giữa mô phỏng và thực nghiệm khi sử dụng các loại nhiên liệu 110 Bảng 4.52. Thay đổi phát thải NO x giữa mô phỏng và thực nghiệm khi sử dụng các loại nhiên liệu 111 -ix- DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình 1.1. Sơ đồ sản xuất etanol từ lúa mì và xi-rô đường 8 Hình 1.2. Sơ đồ sản xuất etanol từ xenluloza 9 Hình 1.3. Áp suất hơi bão hòa tại 37,8 0 C 11 Hình 1.4. Sự tăng trị số octan khi tăng tỉ lệ etanol 12 Hình 1.5. Sản lượng nhiên liệu sinh học tính đến năm 2017 13 Hình 1.6. Công suất (a) và Suất tiêu thụ nhiên liệu (b) khi sử dụng RON92 và E10 [20] 18 Hình 1.7. Ảnh hưởng của tỷ lệ etanol tới hệ số dư lượng không khí tương đương (a) và hệ số nạp (b) [21] 18 Hình 1.8. Ảnh hưởng của tỷ lệ etanol tới mômen động cơ (a) và Suất tiêu thụ nhiên liệu (b) [21] 19 Hình 1.9. Ảnh hưởng của tỷ lệ etanol tới phát thải CO, HC và CO 2 [21] 20 Hình 1.10. Ảnh hưởng của tỷ lệ etanol tới phát thải NO x [22] 21 Hình 1.11. Thay đổi về phát thải đối với mẫu xe năm 2001 theo chu trình thử ADR37/01 khi sử dụng E20 [33] 21 Hình 1.12. Hàm lượng phát thải khi giữ nguyên lượng nhiên liệu cung cấp [34] 21 Hình 1.13. Sự thay đổi hàm lượng NO x khi sử dụng xăng sinh học so với xăng thông thường [31] 21 Hình 1.14. So sánh hàm lượng benzen và toluene trong khí thải động cơ khi sử dụng xăng thông thường, E3 và E10 [35] 22 Hình 1.15. Vỏ bơm nhiên liệu (đặt trong thùng nhiên liệu) trước (a) và sau (b) khi ngâm trong E20, thời gian 2000h, nhiệt độ là 45 0 C [38, 39] 23 Hình 1.16. Vít điều chỉnh không tải (bằng đồng) của bộ chế hòa khí trước (a) và sau (b) khi ngâm trong E20, thời gian 2000h, nhiệt độ là 45 0 C [38, 39] 23 Hình 1.17. Lõi bơm nhiên liệu trước (a) và sau (b) khi ngâm trong E20, thời gian 2000h, nhiệt độ là 45 0 C [38, 39] 24 Hình 1.18. Màng van bơm nhiên liệu trước (a) và sau (b) khi ngâm trong E20, thời gian 2000h, nhiệt độ là 55 0 C [38, 39] 24 Hình 1.19. Van thông khí cácte trước (a) và sau (b) khi ngâm trong E20, thời gian 2000h, nhiệt độ là 55 0 C [38, 39] 24 Hình 1.20. So sánh các thông số của động cơ xe máy khi sử dụng E5 và E10 với RON92 [6] 25 Hình 2.1. Diễn biến áp suất trong xylanh động cơ đốt cháy cưỡng bức 28 Hình 2.2. Hình ảnh quá trình cháy trong xylanh nghiên cứu, diễn biến áp suất và lượng khí cháy ở tốc độ 1400v/p, áp suất nạp 0,5atm [56] 29 Hình 2.3. Hình dạng bề mặt màng lửa 29 Hình 2.4. Quan hệ giữa x b và y b 30 Hình 2.5. Biến thiên tỷ số nhiên liệu/không khí tương đương theo nồng độ cồn etanol trong xăng sinh học [44] 31 Hình 2.6. Bán kính màng lửa khi sử dụng xăng sinh học tại thời điểm trước ĐCT 10 0 , tại ĐCT và sau ĐCT 10 0 32 Hình 2.7. Diện tích màng lửa khi sử dụng xăng sinh học tại thời điểm trước ĐCT 10 0 , tại ĐCT và sau ĐCT 10 0 32 Hình 2.8. Tỷ lệ hỗn hợp cháy khi sử dụng xăng sinh học tại thời điểm trước ĐCT 10 0 , tại ĐCT và sau ĐCT 10 0 32 Hình 2.9. Thời gian cháy khi sử dụng xăng sinh học tại thời điểm trước ĐCT 10 0 , tại ĐCT và sau ĐCT 10 0 32 Hình 2.10. Cân bằng năng lượng trong xylanh động cơ 33 Hình 2.11. Ngọn lửa tiến gần đến thành xylanh và bắt đầu quá trình cháy sát vách 38 -x- Hình 2.12. Tỷ lệ mol CO tính toán theo góc quay trục khuỷu (tốc độ động cơ 3000v/ph, toàn tải, A/F=12,6) 42 Hình 2.13. Tỷ lệ mol CO tính toán theo giữa góc đánh lửa sớm và hệ số dư lượng không khí (tốc độ động cơ 3000v/ph, toàn tải, A/F=12,6) 42 Hình 2.14. Nồng độ HC theo góc quay trục khuỷu và độ dày màng dầu (tốc độ động cơ 3000v/ph, toàn tải, A/F=12,6) 44 Hình 2.15. Chu trình thử Châu Âu ECE 15-05 50 Hình 2.16. Sơ đồ quy trình thử nghiệm bền của động cơ xăng xe máy 51 Hình 2.17. Vị trí và phương pháp đo mài mòn xy lanh 52 Hình 2.18. Vị trí đo đường kính piston 52 Hình 2.19. Đo khe hở miệng xéc măng 52 Hình 2.20. Sơ đồ quy trình thử nghiệm bền của động cơ xăng ô tô 53 Hình 2.21. Các vị trí đo mòn cổ trục khuỷu 53 Hình 3.1. Mô hình mô phỏng động cơ xe máy và động cơ ô tô 57 Hình 3.2. So sánh kết quả tính toán mô phỏng với kết quả thực nghiệm về công suất động cơ xe máy với hai loại nhiên liệu xăng (E0) và xăng pha cồn E10 58 Hình 3.3. So sánh kết quả tính toán mô phỏng với kết quả thực nghiệm về công suất động cơ ôtô Lanos với hai loại nhiên liệu RON92 và E10 59 Hình 3.4. Diễn biến áp suất, nhiệt độ trong xylanh động cơ tại 7500 v/ph 59 Hình 3.5. Tốc độ toả nhiệt của động cơ sử dụng các loại nhiên liệu ở 7500 v/phút 60 Hình 3.6. Độ giảm công suất trung bình khi sử dụng E5, E10, E20, E85 (so với RON92) 61 Hình 3.7. Suất tiêu thụ nhiên liệu của động cơ sử dụng xăng pha cồn 61 Hình 3.8. Phát thải CO khi sử dụng nhiên liệu xăng pha cồn (so với RON92) 62 Hình 3.9. Phát thải HC khi sử dụng nhiên liệu xăng pha cồn (so với E0) 62 Hình 3.10. Phát thải NO x khi sử dụng nhiên liệu xăng pha cồn (so với E0) 63 Hình 3.11. Sự thay đổi công suất động cơ so với khi sử dụng xăng 64 Hình 3.12. Sự thay đổi lượng nhiên liệu cung cấp để công suất động cơ không đổi 64 Hình 3.13. Suất tiêu thụ nhiên liệu của động cơ so với khi sử dụng xăng 64 Hình 3.14. Thay đổi phát thải CO khi sử dụng xăng pha cồn so với khi sử dụng xăng 65 Hình 3.15. Thay đổi phát thải HC khi sử dụng xăng pha cồn so với khi sử dụng xăng 65 Hình 3.16. Thay đổi phát thải NO x khi sử dụng xăng pha cồn so với khi sử dụng xăng 65 Hình 3.17. Mức độ thay đổi công suất động cơ so với khi chạy xăng (E0), giữ nguyên lambda 66 Hình 3.18. Mức độ tăng suất tiêu thụ nhiên liệu so với khi chạy xăng (E0), giữ nguyên lambda 66 Hình 3.19. Mức độ thay đổi các thành phần phát thải so với khi chạy xăng (E0), giữ nguyên lambda 68 Hình 3.20. Tỷ lệ lượng nhiên liệu cần bổ sung để công suất động cơ không đổi 70 Hình 4.1. Màng cao su của bơm tăng tốc phụ của bộ chế hòa khí trước và sau ngâm 83 Hình 4.2. Các chi tiết của bơm xăng điện tử trước và sau khi ngâm 2000h 84 Hình 4.3. Hình ảnh chụp bảng mạch báo mức xăng của bơm xăng điện tử 84 Hình 4.4. Lưới lọc thô của bơm xăng điện tử trước và sau khi ngâm trong xăng RON92 và E10 84 Hình 4.5. Hình ảnh giắc cắm bơm xăng tử trước và sau khi ngâm 85 Hình 4.6. Đồ thị tăng khối lượng chi tiết gioăng làm kín bơm xăng so với 0h 86 Hình 4.7. Đồ thị tăng khối lượng chi tiết màng cao su tăng tốc phụ so với 0h 86 Hình 4.8. Đồ thị giảm khối lượng chi tiết phao xăng báo nhiên liệu so với 0h 86 Hình 4.9. Đồ thị khối lượng giảm chi tiết quả phao chế hòa khí so với 0h 86 Hình 4.10. Đồ thị tăng khối lượng chi tiết lọc tinh bơm xăng điện so với 0h 86 [...]... ngâm đối với cả 3 nhiên liệu, tuy nhiên độ bền kéo giảm nhiều nhất tới 40% với E20 [41] 1.2.5 Các nghiên cứu ứng dụng xăng sinh học cho động cơ ở Việt Nam Ở Việt Nam, nghiên cứu sử dụng hỗn hợp nhiên liệu sinh học etanol- xăng trên động cơ xăng ở các tỷ lệ 5% và 10% (E5 và E10) đã được đề cập trong các nghiên cứu tại Phòng Thí nghiệm Động cơ đốt trong, Đại học Bách khoa Hà Nội [6] và Đại học Bách khoa Đà... Chương 2 Cơ sở lý thuyết tính toán và phương pháp đánh giá tương thích của động cơ xăng truyền thống khi sử dụng xăng sinh học  Chương 3 Tính toán mô phỏng động cơ sử dụng xăng sinh học có tỷ lệ etanol lớn  Chương 4 Nghiên cứu thực nghiệm  Kết luận chung và phương hướng phát triển -4- CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan về nhiên liệu sinh học Nhiên liệu sinh học (NLSH) (Biofuels) là loại nhiên liệu được... tương thích của động cơ xăng truyền thống khi sử dụng xăng sinh học có tỷ lệ pha etanol E100 cao trên 5% như 10% (E10), 15% (E15), 20% (E20) và 85% (E85) Cụ thể, luận án hướng tới xây dựng phương pháp đánh giá tương thích của động cơ xăng truyền thống khi sử dụng xăng sinh học có tỷ lệ pha trên 5% etanol E100 và đánh giá được ảnh hưởng của xăng sinh học đến tính năng và phát thải động cơ xăng truyền thống;... học và thiết thực trong việc đón trước lộ trình sử dụng thí điểm và đại trà xăng sinh học, đặc biệt là xăng E10 trên thị trường Đề tài Nghiên cứu nâng cao tỷ lệ nhiên liệu sinh học bio- etanol sử dụng trên động cơ xăng hướng tới góp phần giải quyết các yêu cầu trên của thực tiễn i Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài *) Mục đích nghiên cứu Mục đích tổng thể của luận án là đưa ra được... của xăng sinh học đến độ bền, tuổi thọ của động cơ; đưa ra định hướng về mặt kỹ thuật, đề xuất giải pháp cải tiến và điều chỉnh động cơ; và đưa ra khuyến cáo cần thiết khi sử dụng xăng sinh học có tỷ lệ etanol E100 lớn hơn 5% cho động cơ xăng truyền thống *) Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Luận án nghiên cứu về lý thuyết liên quan đến đặc tính của động cơ xe máy và ô tô khi sử dụng nhiên liệu xăng sinh. .. etanol khác với xăng truyền thống nên để ứng dụng trong thực tế nhiều nghiên cứu đã được thực hiện nhằm đánh giá ảnh hưởng của xăng sinh học tới tính năng kỹ thuật, phát thải và độ bền của động cơ 1.2.4.1 Ảnh hưởng của xăng sinh học tới tính năng kỹ thuật động cơ Động cơ sử dụng xăng sinh học thường cho kết quả về công suất, mômen tốt hơn, tuy nhiên tiêu hao nhiên liệu có thể cao hơn so với xăng truyền... rằng công suất động cơ sử dụng E5 sau 455 giờ vận hành suy giảm ít hơn so với động cơ sử dụng xăng thông thường Mức độ tăng tiêu hao nhiên liệu (tính theo kg/giờ) sau 455 giờ vận hành động cơ cũng cho thấy tác động tích cực của nhiên liệu E5, tiêu thụ nhiên liệu của động cơ sử dụng E5 tăng 3,977%, trong khi giá trị này là 4,406% đối với trường hợp sử dụng xăng thị trường Qua các kết quả trên, có thể... 25-85% Trên 85% Không cần thiết -22- Có thể cần thiết Hệ thống khởi động lạnh Hệ thống thải Đường nạp Bơm dầu Các chi tiết cơ bản của động cơ Bộ chuyển đổi xúc tác Bình nhiên liệu Hệ thống hóa hơi Hệ thống đánh lửa Lọc nhiên liệu Các bộ phận chịu áp suất nhiên liệu cao Bơm nhiên liệu Hệ thống phun nhiên liệu Tỷ lệ etanol trong hỗn hợp nhiên liệu Bộ chế Bảng 1.4 Những cải tiến cần thiết khi sử dụng xăng sinh. .. 15% etanol vào xăng không chì làm tăng trị số octan đến giá trị cho phép có thể được sử dụng để đốt trong động cơ tỷ số nén cao mà trước đây không thể sử dụng cho nhiên liệu xăng không chì truyền thống Việc sử dụng etanol không phải là mới do etanol đã từng được sử dụng làm phụ gia tăng trị số octan [19] Hình 1.4 Sự tăng trị số octan khi tăng tỉ lệ etanol d) Hiệu ứng làm giảm tỷ lệ không khí /nhiên liệu. .. ngại của người sử dụng về những ảnh hưởng không mong muốn của xăng sinh học đến phương tiện Mặc dù vậy, lộ trình sử dụng đại trà xăng sinh học E5 và tiến tới xăng sinh học E10 đã được Chính phủ phê duyệt trong Quyết định số 53/2012/QĐ-TTg ngày 22/11/2012 Nghiên cứu sử dụng xăng sinh học có tỷ lệ etanol E100 lớn hơn 5% cho các phương tiện đang lưu hành trên thị trường có ý nghĩa khoa học và thiết thực . trà xăng sinh học, đặc biệt là xăng E10 trên thị trường. Đề tài Nghiên cứu nâng cao tỷ lệ nhiên liệu sinh học bio- etanol sử dụng trên động cơ xăng hướng tới góp phần giải quyết các yêu cầu trên. và xăng sinh học 6 1.2.1. Nhiên liệu etanol 6 1.2.2. Xăng sinh học 10 1.2.3. Tình hình sản xuất và sử dụng etanol 13 1.2.4. Các nghiên cứu ứng dụng xăng sinh học cho động cơ trên thế giới. Cơ sở lý thuyết tính toán và phương pháp đánh giá tương thích của động cơ xăng truyền thống khi sử dụng xăng sinh học  Chương 3. Tính toán mô phỏng động cơ sử dụng xăng sinh học có tỷ lệ etanol